Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Уровень качества российских и зарубежных автомобильных топлив 15
1.1. Современное состояние российской нефтеперерабатывающей промышленности 16
1.2. Выбор метода анализа качества автомобильных топлив 20
1.3. Автомобильные бензины 26
1.3.1. Факторы, влияющие на качество автомобильных бензинов 26
1.3.2. Анализ изменения ассортимента автомобильных бензинов 30
1.3.3. Анализ требований различных стандартов к автомобильным бензинам 34
1.3.4. Эффективность применения в технике 34
1.3.4.1. Прокачиваемость 34
1.3.4.2. Испаряемость 35
1.3.4.3. Горючесть 36
1.3.4.4. Склонность к образованию отложений 37
1.3.4.5. Совместимость с материалами 39
1.3.4.6. Экологическая безопасность автомобильных бензинов 40
1.4. Дизельное топливо 42
1.4.1. Сравнительный анализ эксплуатационных свойств дизельных топлив 43
1.4.2. Анализ требований различных стандартов к дизельным топливам 43
1.4.3. Эффективность применения в технике 43
1.4.3.1. Прокачиваемость 43
1.4.3.2. Испаряемость 44
1.4.3.3. Горючесть 45
1.4.3.4. Склонность к образованию отложений 46
1.4.3.5. Противоизносные и антифрикционные свойства 46
1.4.3.6. Экологическая безопасность дизельных топлив 47
1.5. Качество автомобильных топлив 48
1.5.1. Перспективы улучшения качества автомобильных бензинов 48
1.5.2. Перспективы улучшения качества дизельных топлив 49
1.6. Пути улучшения экологических и эксплуатационных характеристик АТС в США и других развитых странах 50
1.6.1. Введение в бензины кислородсодержащих соединений до содержания 2,7% мае. кислорода 50
1.6.2. Применение каталитических нейтрализаторов 51
1.6.3. Применение присадок ктопливам 52
1.6.3.1. Моющие присадки 53
1.6.3.2. Антинагарные присадки для бензинов 54
1.7. Эксплуатационные характеристики автотранспорта, зависящие от качества автомобильных топлив „ 55
1.7.1. Эксплуатационные характеристики автомобильных бензинов 56
1.7.1.1. Нагарообразование 56
1.7.1.2. Отложения во впускной системе 57
1.7.2. Эксплуатационные характеристики дизельных топлив 59
1.7.2.1. Самовоспламенение и горение топлива 59
Выводы 62
ГЛАВА 2. Моииюринг качиеша автомобильных топлив в Российской Федерации 64
2.1. Уровень качества автомобильных бензинов 65
2.1.1, Испаряемость автомобильных бензинов 65
2.1.1.2 Пусковые свойства 65
2.1.1.3. Приемистость и скорость прогрева двигателей 75
2.1.1.4. Полнота сгорания и износ двигателей 76
2.1.2. Горючесть 77
2.1.2.1. Детонационная стойкость 78
2.1.2.2. Плотность 79
2.1.3. Склонность к отложениям 80
2.1.4. Сравнительный анализ экологических свойств автомобильных бензинов 81
2.2. Уровень качества дизельных топлив 82
2.2.1. Прокачиваемость 82
2.2.2. Горючесть 83
2.2.3. Сравнительный анализ экологических свойств дизельных топлив 84
Выводы 86
ГЛАВА 3. Пути улучшения качесіва автомобильныхтоплив в России потребителями 88
3.1. Исследование применения мноюфункциональной присадки к топливам «КМ» 90
3.1.1, Бензиновые двигатели 90
3.1.1,1 Влияние присадки на нагарообразование 90
3.1.2, Дизельные двигатели 93
3.1.2.1. Влияние присадки на расход топлива дизельного двигателя 94
3.2. Определение оптимальной концентрации присадки 98
3.2.1. Определение оптимальной концентрации присадки при ее применении для снижения расхода топлива 98
3.2.2. Определение оптимальной концентрации присадки при ее применении для снижения выбросов загрязняющих веществ ДВС. 101
3.3. Обсуждение полученных результатов 104
3.4. Особенности применения присадки 105
3.5. Внедрение присадки 105
3.6. Экспертные оценки 106
3.7. Экономический эффект от внедрения присадки 107
Выводы 108
Заключение 109
Основные пыводы 111
Литература
- Современное состояние российской нефтеперерабатывающей промышленности
- Эффективность применения в технике
- Уровень качества автомобильных бензинов
- Исследование применения мноюфункциональной присадки к топливам «КМ»
Введение к работе
Специалисты всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) разработали новую систему определения ожидаемой средней продолжительности жизни. Ранее этот демографический показатель определялся исключительно по числу всех прожитых лет и датам смерти. Новая методика состоит в том, что сопоставляя годы здоровой жизни и периоды болезней, ученые высчитывают «продолжительность жизни с учетом состояния здоровья человека» и получают более реалистичную картину здоровья нации.
Согласно этой методике по продолжительности жизни Россия занимает 94-е место, при этом средняя продолжительность жизни составляет 61,3 года, в том числе у мужчин -56,1, у женщин -66,4 года [57].
Специальный представитель генерального директора ВОЗ в России Микко Виенонен привел данные о том, что белее 5 млн. детей умирают ежегодно в мире от причин, связанных с нездоровой средой обитания. Виенонен подчеркнул, что на неблагоприятные факторы окружающей среды приходится до трети всего глобального бремени болезней. При этом, согласно оценкам, в 40% случаев жертвами этих болезней становятся дети в возрасте до 5 лет. Он привел данные, что в европейском регионе дети подвергаются риску воздействия свыше 15 тыс. вредных факторов окружающей среды. Первым из таких факторов он назвал загрязнение воздуха. Из множества неіативньгх воздействий этих рисков, вызывающих негативные последствия для здоровья детей, названа астма. За последние десятилетия в большинстве стран европейского региона распространенность симптомов астмы среди детей увеличилась более чем в 2 раза.
В России с 1997 но 2001 і од также на 30% увеличилось количество заболеваний астмой. Число респираторных заболеваний среди детей до 14 лет выросло на 17%, случаи бронхиальной астмы возросли на 41% и составили 240 тыс. Общее число больных бронхиальной астмой среди подростков 15-17 лет возросло на 68% и составило 78 тысяч [60].
Согласно данным государственного доклада министерства природных ресурсов РФ «О состоянии и охране окружающей среды в РФ» за 2003 год с 2000 года параллельно с восстановлением экономического роста в стране, отмечается ежегодный рост объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, в среднем на 1,5-2% в год.
В целом по Российской Федерации в 2003 году выбросы от стационарных источников составили 19,8 млн. т (на 348,2 тыс.т больше чем в 2002г.). Зафиксирован рост выбросов летучих органических соединений (на 191,7 тыс.т.), углеводородов (на 100,9 тыс.т.), оксида углерода (на 71,9 тыс. т.), оксидов азота (на 15,6 тыс.т).
Многолетняя динамика валовых выбросов вредных веществ в атмосферный воздух Российской Федерации от стационарных источников показана нарисі.
Рис.1 Динамика объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в РФ, млн.т.
В последние годы по всем показателям загрязнения воздуха растет число городов и, соответственно, численность населения, подверженного не только высокому, но и всевозрастающему воздействию загрязняющих веществ в атмосфере. Наблюдаемые изменения происходят не только вследствие роста промышленных выбросов при наращивании производства промышленной продукции, но и в результате увеличения автомобильного парка в городах, сжигания огромного количества топлива, заторов на дорогах и продолжительной работы
12 двигателей на холостом ходу, при отсутствии на автомобилях средств обезвреживания отработавших газов.
В 2003 году выбросы загрязняющих веществ от передвижных источников увеличились почти на 1,3% и составили 15,5 млн. т (в т.ч. автомобильный транспорт - 14,8 млн.т против 14,4 млн. т в 2002 г.).
Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников за 1995-2003 гг. представлена на рис.2.
Рис.2 Динамика объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от передвижных источников в РФ, млн.т
В среднем по России вклад транспорта в загрязнение атмосферного воздуха составляет 40-45%, а в крупных городах более 90%, например, г. Москва -92% [ГД]. Риску потери здоровья в результате загрязнения воздуха транспортными выбросами подвергаются не менее 15 млн. горожан [59]. Только 15% жителей городов дышит воздухом, содержание токсичных веществ в котором ниже ПДК [18]. Воздух городов, особенно больших, содержит токсичные вещества в концентрациях, значительно превышающих ПДК. Среднегодовые, т.е. постоянные концентрации токсичных веществ в воздухе, превышающие ПДК, наблюдаются более чем в 200 городах [18,14].
Увеличение выбросов загрязняющих веществ транспортным комплексом вызвано многими причинами. Одна из них - увеличение числа автомобилей, эксплуатирующихся в РФ на фоне постоянного старения автомобильного
13 парка. На личный легковой транспорт приходится примерно 600 млрд. пасс. км в год [59].
Еще одной причиной увеличения загрязнения воздуха в городах является существенное сокращение во многих юродах экологически чистых общественных средств транспорта - трамваев и троллейбусов за счет увеличения парка маршрутных такси.
За период с 1999 по 2003 год численность автомобилей в России возросла в 1,17 раза, при этом общая численность легковых автомобилей на 1.01.2004 г. составляла 23,4 млн. шт., грузовых 4,7 млн. шт. [29,36]. В среднем за год количество автомобилей увеличивается в России на 800 тысяч в год.
Количество выбросов токсичных веществ автотранспортом на единицу использованного топлива определяется конструкцией автомобиля и ею двигателя, системой организации движения автотранспорта и, в очень значительной степени, качеством моторного топлива.
В 1956 г. впервые в мировой практике в СССР было запрещено применение этилированных автомобильных бензинов в гг. Москве, Ленинграде, Киеве, Минске и др. и на побережье Крыма и Кавказа [51]. Однако, необходимого внимания экологическим свойствам моторных топлив с тех пор почти не уделялось. Быстрый рост количества автомобилей в России происходил при практически неизменном качестве моторных топлив. В настоящее время экологические и эксплуатационные свойства моторных топлив, производимых в России, значительно ниже, чем в развитых странах.
Улучшение экологических и влияющих на экологические эксплуатационных свойств моторных топлив является в нашей стране важнейшей и неотложной проблемой.
Решение этой проблемы с наименьшими затратами возможно только на основе глубокой научно-технической и экономической проработки, учитывающей мировой опыт и состояние отечественной нефтепереработки и экономики.
Проблема качества моторных топлив имеет общепланетарное значение - в 1960г. на земле было ~ 120 млн. автомобилей, в 1965 - 168 [9], в настоящее
14 время более 600 млн. и число автомобилей продолжает увеличиваться, потребление моторных топлив достигает 1,5 млрд.т.
Влияние режима работы двигателя, его конструкции и технического состояния на выбросы токсичных веществ широко изучалось, в то же время влияние качества моторных топлив на экологические их свойства изучено недостаточно.
Целью работы является исследование качества автомобильных топлив, производимых в Российской Федерапии и разработка путей улучшения экологических свойств и экономической эффективности отечественных автомобильных топлив с учетом состояния экономики страны.
Для достижения этой цели были сформулированы следующие основные задачи:
Провести сравнительный анализ требований российских и зарубежных стандартов к качеству автомобильных топлив;
Провести мониторинг качества автомобильных топлив в России;
Разработать предложения и обоснование путей улучшения качества автомобильных топлив на рынке России путем применения высокоэффективных многофункциональных присадок к моторным топливам, улучшающих их эксплуатационные и экологические свойства;
Данная работа опирается на большой багаж знаний, накопленных трудами многих выдающихся отечественных и зарубежных ученых.
Современное состояние российской нефтеперерабатывающей промышленности
Сегодня переработка нефти в нашей стране ведется преимущественно на установках первичной перегонки нефти. В результате чего объемы производимого мазута и дизельного топлива в два раза превышают внутреннюю потребность отраслей экономики и являются экспортным ресурсом.
В настоящее время в России отсутствует действенный механизм, стимулирующий производство нефтепродуктов высокого качества. Таких, например, как дизельное топливо с содержанием серы до 0,01%.
Внутренний рынок нефтепродуктов в России все еще непривлекателен и недостаточно развит. В частности, потребление автобензинов и дизельных топ-див на душу населения в России отстает от мирової о уровня в три-пять раз [53].
В этой ситуации необходимо предпринять следующие шаги. Во-первых, на внешнем рынке постепенно надо уходить от экспорта дизельного топлива с содержание серы 0,2% и мазута, которые за рубежом используются в качестве сырья для выработки высококачественных нефтепродуктов. Во-вторых, экспорт мазута должен быть практически прекращен за счет его переработки в России. Импортеров в мазуте интересует ею прямої онность. Его покупают как сырье для дальнейшей глубокой переработки. То же касается и основных объемов дизельного топлива с содержанием серы 0,2%. Однако эти меры скорее тактические. В стратегическом плане нужно, чтоб государство всерьез занялось разработкой механизмов для решения перечисленных проблем.
Сегодня в России действуют 25 III13 мощностью около 260 млн т в год, 43 мини-завода и 5 перерабатывающих предприятий «Газпрома» суммарной мощностью более 16 млн т. в год. В сумме, по отчетным данным, мощность нефтепереработки в России составила в 2003 г. 276 млн т. Предприятия отрасли были загружены на 69,2%, что соответствует объему переработки в 190 млн т в год.
За период с 1991 по 2002 п\ в России повысилось качество автомобильных топлив: доля низкооктановых бензинов снизилась с 85,3 до 49,4% от их производства, Резко сократились объемы производства дизельного топлива с содержанием серы выше 0,2%.
Об эффективности переработки нефти судят по выходу светлых нефтепродуктов или моторных топлив. Сравнение выхода моторных топлив на Российских и зарубежных НПЗ представлено в табл. 1.
Таким образом, в среднем выход светлых нефтепродуктов в России по сравнению с США и Западной Европой ниже в 1,6 и 1,4 раза соответственно.
Из вышеизложенного следует, что ориентиром для развития российской нефтепереработки должен стать западный уровень ее глубины и выхода светлых нефтепродуктов.
По оценкам вице-президента ОАО «ЛУКОЙЛ» В. Шарифова, если принять в качестве базы 2003 г. и дополнительно переработать 25-26 млн т мазута в процессах каталитическою крекинга с гидроочисткой и замедленного коксования, то можно обеспечить перспективную потребность на 2013 г. при переработке 160 млн т нефти против 190 млн т в 2003 г. Переход к новой нефтепереработке за счет модернизации действующих и строительства новых ІІПЗ потребует в нашей стране больших инвестиционных ресурсов. При этом затраты мо гут составить $ 3,6 - 4 млрд, а дополнительные налоговые поступления за счет замещения экспорта мазута на нефть - около $ 800 млн в год.
Технологическая структура российских НПЗ в сопоставлении с мировыми показателями, представлена в табл. 2.
Таким образом, доля углубляющих процессов по России составляет лишь 20,3% против 73,3% в США, 42,9% - в Западной Европе и 32,6% - в Японии. Из углубляющих процессов главными являются деструктивными. Их доля в России находится на уровне 13,7%. Лучшие заводы мира имеют этот показатель на уровне 100-150%. Кроме того, среди установок каталитического крекинга в нашей стране только треть - современные. А износ основных производственных фондов НПЗ в настоящее время достигает 60-75%.
Сегодня мощности нефтепереработки в России загружены не полностью: углубляющие деструктивные - на 70%, прочие углубляющие - на 43,8%, облагораживающие - на 61,3%. Как показывает мировая практика, основную прибыль в нефтепереработке приносят деструктивные процессы. Их доля в формировании прибыли составляет 77-94%, в зависимости от загрузки мощностей НПЗ.
Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что производство автомобильных бензинов в России, при низком уровне мощностей каталитическою крекинга, в основном основано на первичной персі онке нефти и каталитическом рифор-минге. При таком производстве фракция нк - 62 "С является компонентом ав-томобилыюю бензина, а фракция 62-180С является сырьем каталитического риформиша. При этом автомобильные бензины имеют повышенное содержание аренов и в особенности бензола.
Предлагается, что повысить качество автомобильных бензинов при увеличении его выхода из нефти можно только путем строительства новых мощностей каталитического крекинга, алкилирования и изомеризации. Одним из продуктов каталитического крекинга являются бутены, которые в свою очередь являются сырьем процесса алкилирования. Таким образом строить новые установки каталитического крекинга без параллельного ввода мощностей алкилирования ни экономически ни эколо! ически не оправдано.
Введение новых мощностей изомеризации позволит увеличить октановое число {моторный метод) фракции нк - 62С с 66-68 до 82-83, а введение мощностей алкилирования позволит использовать газообразные продукты каталитического крекинга для получения высокооктановою, экологически наиболее чистого, компонента автомобильного бензина.
Эффективность применения в технике
Горючесть как общее эксплуатационное свойство топлива определяет процесс горения в среде окислителя при заданном сочетании конструктивных, гидродинамических и других факторов условий его осуществления [43].
Из нормируемых показателей качества автомобильных бензинов, характеризующих горючесть, эффективность применения в технике отражают следующие: - Плотность - Октановое число определяемое но моторному метолу (ОЧМ) - Октановое число определяемое по исследовательскому методу (ОЧИ)
Российские автомобильные бензины, как и их зарубежные аналоги, имеют как верхний предел ограничения по плотности, так и нижний, что позволяет поддерживать их энергетическую ценность на уровне зарубежных аналогов исключение составляют автомобильные бензины, вырабатываемые по ТУ 38.001165-2003, которые не имеют нижней границы плотности, следовательно их энергетическая ценность может быть существенно занижена но сравнению с зарубежными аналогами.
Предельные значения плотности автомобильных бензинов при 15С, вырабатываемые по разным нормативным документам представлены ниже: 1. ГОСТ Р 51105-97 (ОЧИ 91) -725-780 кг/м3 2. ГОСТ Р 51866-2002 - 720-775 кг/м3 3. ТУ 38.001165-2003 - не более 774 кг/м3 4. EN 228:1999Е - 720-775 кг/м3 5. МТХ для 1 категории рынков 725-780 кг/м3 6. МТХ для 2 категории рынков 725-770 кг/м3 7. МТХ для 3 категории рынков 715-770 кг/м3
Из приведенных данных видно, что автомобильные бензины ГОСТ Р 51105-97 соответствуют требованиям МТХ для 1 категории рынков, а ГОСТ Р 51866-2002 требованиям EN 228:1999Е.
Детонационная стойкость автомобильных бензинов вырабатываемых по российским стандартам аналогична детонационной стойкости зарубежных автомобильных бензинов. Исключение составляют автомобильные бензины с ОЧИ 80 (ОЧМ -76) ввиду того, что в развитых странах минимальные требованию к октановым числам составляю г ОЧМ - 82,5 ед., ОЧИ - 91 ед.
Склонность к образованию отложений
Склонность к образованию отложений - это способность горючего вызывать различного вида отложения в двигателях, а также в технических средствах хранения и транспортирования [43].
Из нормируемых показателей качества автомобильных бензинов, характеризующих склонность к образованию отложений, эффективность применения в технике отражают следующие: - Концентрация фактических смол - Показатель склонности к закоксовыванию распылителей форсунок - Показатель склонности к образованию отложений на нафетых поверхностях - Содержание непредельных углеводородов - Концентрация антиокислительных и моющих присадок - Содержание железа - Содержание марганца, фосфора, кремния.
По концентрации фактических смол отечественные автомобильные бензины полностью соответствуют зарубежным аналої ам.
Показатели склонности к закоксовыванию форсунок и склонности к образованию отложений на нафетых поверхностях у российских автомобильных бензинов и автомобильнілх бензинов вырабатываемых по EN 228:1999Е не нормируются. За рубежом склонность к закоксовыванию форсунок нормируется в требованиях М ГХ для всех категорий рынков, а склонность к образованию отложений на нагретых поверхностях нормируется в требованиях МТХ для 2 и 3 категорий рынков.
При проведении комплекса методов квалификационной оценки автомобильных бензинов российского производства, испытания по склонности к отложениям в двигателе проводятся факультативно по рекомендации рабочей группы научной экспертизы.
Содержание непредельных углеводородов в автомобильных бензинах соответствующих требованиям МТХ для I категории рынков не нормируется, содержание этих углеводородов в автомобильных бензинах вырабатываемых по другим требованиям представлено ниже: 1. ГОСТ Р 51105-97 - не более 25 % 2. ТУ 38.00! 165-2003 - не более 25 % 3. EN 228:1999Е обычного качества - не более 21 % 4. ГОСТ Р 51866-2002 - не более 21 % 5. МТХ для 2 категории рынков - не более 20 % 6. EN 228:1999Е высшего качества - не более 18 % 7. Требования Евро - 4 - не более 14 % 8. МТХ для 3 категории рынков- не более 10% - нормир)Стся при проведении комплекса методов квалификационной оценки автомобильных бензинов по AS ГМ 5923 [47]
Концентрация антиокислительных и моющих присадок напрямую не нормируется ни в одном из стандартов. Но ввиду того, что в МТХ установлены требования по чистоте деталей двигателя, применение моющих присадок в автомобильных бензинах, соответствующих ей по качеству, является обязательным. Концентрация этих присадок будет соответствовать достижению требований по чистоте деталей топливной системы двигателей. В остальных стандартах, в том числе в российских, применение моющих и антиокислительных присадок обязательным требованием не является.
Уровень качества автомобильных бензинов
Пусковые свойства оценивались по температуре перегонки Ю % автомобильного бензина.
В ходе исследования сравнивалось соответствие качества всех поступивших в ЛИЛНТ ТюмП ІГУ проб требованиям ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ТУ 38.001165-97 (см. приложения 14-16) с учетом времени года и детонационной стойкости. В результате исследований получены результаты, представленные в виде графиков на рис. 5-7.
Исходя из представленных на рис. 5-7 графиков становится ясным причины перехода многих производителей автомобильных бензинов на производство всех сортов бензина по ТУ 38.001165-97. За семь зимних периодов исследования только зимой 1999-2000 годов и только у автобензинов с ОЧМ А-76 несоответствовало ТУ 38.001165-97 всего 2 % поступивших в АИЛНТ ТюмГНГУ автомобильных бензинов. В случае, если бы все производители выпускали автобензины по ГОСТ 2084-77, то процент брака составлял бы в разные годы: у высокооктановых автомобильных бензинов 50-75 %, у низкооктановых 7-27 %.
Анализ представленных графиков говорит о том, что худшие пусковые свойства у автобензинов с ОЧМ-76 и ОЧИ-92-93 приходились на зиму 2001-2002 гг., а у автобензинов с ОЧИ 95-96 на зиму 2002-2003 гг. Это объясняется запретом с 2001 года выпуска этилированных бензинов, что повлекло за собой «утяжеление» фракционного состава у автобензинов с ОЧМ-76 и ОЧИ-92-93. Автомобильные бензины с ОЧИ 95-96 были максимально «тяжелыми» по фракционному составу на 1 год позже, это объясняется тем, что до 2002 года на рынке Тюменской области было больше автобензина АИ-95 ГОСТ 2084-77, чем остальных автобензинов. Затем АИ-95 ГОСТ 2084-77 был практически вытес пен более утяжеленным по фракционному составу автобензином Премиум 95 ГОСТ Р 51105-97.
Для сравнения пусковых свойств автомобильных бензинов, реализуемых потребителям через ЛЗС и нефтебазы Тюменской области с требованиями мировой топливной хартии произведено сравнение этих свойств у автомобильных бензинов с ОЧИ 92-93 и ОЧИ 95-96. Для этою все результаты исследований были разделены по годам и по температурным условиям эксплуатации автомобильной техники. В мировой топливной хартии испаряемость оценивается по 5 классам, представленным в табл. 17 [47]. Испаряемость низкооктановых автомобильных бензинов с требованиями мировой топливной хартией не сравнивали ввиду отсутствия в ней требований к таким бензинам.
Для сравнения пусковых свойств автомобильных бензинов с требованиями топливной хартии принимаем следующее соответствие месяцев года, в климатических условиях Тюменской области, классам летучести этого документа представленных в табл. 18.
Исходя из графиков представленных на рисунках 13-17 пусковые свойства автомобильных бензинов в соответствии с требованиями мировой топливной хартии к рынкам 2 и 3 категорий удовлетворительными можно считать только для летнего периода - июнь - август. В остальное время года - неудовлетворительными.
Согласно расчетов, приведенных в [52], в зимние месяцы с 1998 по 2003 годы при температуре наружного воздуха минус 30 С возможность запуска автомобильных двигателей, работающих на автомобильном бензине с ОЧИ 92-93 представлена на рис. 18.
Одним из требований, предъявляемых к автомобильному бензину - быстрый прогрев двигателя и хорошая приемистость при увеличении нагрузки. Эти свойства характеризует температура перегонки 50 % бензина [43].
На рис. 19 и 20 представлены данные (см. приложения 14-16) о соответствии автомобильных бензинов ОЧИ 92-93, реализуемых в Тюменской области, требованиям ГОСТ Р 51105-97, ТУ 38.001165-97, мировой топливной хартии для рынков 1 категории, 2 и 3 категорий в летний период (июнь-август) и зимний период (декабрь-февраль).
Влияние автомобильного топлива на полноту сгорания и износ двигателя оценивается по температуре перегонки 90 % и концу кипения бензина. По данным АИЛНТ ТюмГНГУ (см. приложения 14-16) температура перегонки 90 % бензина у автомобильных бензинов реализуемых в Тюменской области в основном соответствует требованиям российских стандартов, технических условий и мировой топливной хартии. Иначе обстоит дело с соответствием конца кипения автомобильных бензинов требованиям мировой топливной хартии для рынков 2 и 3 категории. Это соответствие приводится на рис.19.
Как видно из рис. 19 доля автомобильных бензинов, температура конца кипения которых выше, чем требования мировой топливной хартии составляет в Тюменской области более 50 %. Это говорит о неудовлетворительных свойствах автомобильных бензинов характеризующих полноту сгорания топлива и износ двигателей. Положительным моментом является тенденция к уменьшению доли автомобильных бензинов, не соответствующих по этому показателю требованиям мировой топливной хартии. Горючесть автомобильных бензинов оценивается по детонационной стойкости и плотности топлива.
Детонационная стойкость характеризует плавность и полноту сгорания топлива, что оказывает сильное влияние на удельный расход топлива, максимальную мощность двигателя и приемистость. Детонационная стойкость оценивается в единицах октановою числа определённых по моторному (ОЧМ) и по исследовательскому (ОЧИ) методам.
Исследование применения мноюфункциональной присадки к топливам «КМ»
в 2002 году в локомотивном депо Тюменского отделения Свердловской железной дороги были проведены испытания влияния многофункциональной присадки «КМ» на расход топлива. Для испытаний применялся дизель - электрический двигатель локомотива, нагрузка которого передавалась не на тяговые двигатели, а на водяной реостат, представляющий по своей сути огромный кипятильник. Ввиду того, что на двигатель локомотива не влияли ни вес подвижного состава, ни неровности пути он мог работать на постоянной нагрузке продолжительное время. Испытания влияния присадки (концентрация 25 г/т) на расход топлива локомотивом 2ТЭ116 № 42 были проведены при постоянной нагрузке 1200 кВт с промежуточными переключениями на работу без нагрузки. При нагрузке 1200 кВт локомотив работал 9 ч, суммарная продолжительность работы без нагрузки составляла 3 ч 40 мин. Один цикл в таком режиме был проведен на топливе без присадки, второй - с присадкой. Снижение расхода топлива составило 6,9% [7]. Камера сгорания одною цилиндра вскрывалась после пробега на топливе с присадкой. Количество нагара в камере сгорания на клапанах и на головке цилиндра резко снизилось, о чем свидетельствуют фотографии сделанные после испытаний и фотографии типичного вида головки цилиндра дизельного двигателя локомотива (см. приложение 4).
Полученные результаты испытания, особенно существенная экономия топлива, привели к гипотезе о влиянии присадки на расход топлива не только за счет уменьшения нагарообразования в камере сгорания дизельного двигателя, но и о повышении эффективности рабочего процесса двигателя.
Эффективность работы дизельною двигателя, не изменяя его конструкцию, регулировки и качество топлива можно поднять, уменьшив долю топлива, сгорающую в фазе догорания, что достигается более полным его сгоранием при углах поворота коленчатого вала, максимально близких к верхней мертвой точке. Очевидно, что на быстроту сгорания топлива, влияет скорость его испарения и температура на поверхности капли топлива.
В динамических условиях испарения распыленного горючего в камере сгорания двигателя на скорость испарения оказывают существенное влияние вязкость, поверхностное натяжение и плотность топлива [43]. Так как при данном испытании дизельный двигатель работал на одном и том же топливе, то в данном случае вязкость и плотность на скорость испарения не влияли. На поверхностное натяжение существенно влияют поверхностно-активные вещества, способные адсорбироваться на поверхности жидкости. Это явление используется при разработке присадок для воздействия на испаряемость и прокачивае-мость горючего [43]. Присадка «КМ» представляющая собой никелевое мыло, т.е. поверхностно-активное вещество, снижает поверхностное натяжение топлива на границе с воздухом, что было подтверждено в работах [33,34].
Средний диаметр капель при распылении дизельного топлива составляет 10-100 мкм [47], т.е. диаметры мелких и крупных капель отличаются на порядок. Поверхностно-активные вещества, снижая поверхностное натяжение, уменьшают диаметр крупных капель и приводят как к большей однородности топливо-воздушной смеси, так и к увеличению поверхности испарения за счет уменьшения среднего диаметра капель при возрастании их количества. Количество испарившегося в единицу времени топлива находится в прямо пропорциональной зависимости от поверхности испарения
Таким образом, введением в топливо присадки «КМ» достигается увеличение скорости испарения топлива, что, в свою очередь, определяет его более быстрое сгорание за счет уменьшения диаметра крупных капель при возрастании однородности топливо-воздушной смеси.
Увеличение скорости сгорания топлива уменьшает долю топлива, сгорающую в фазе догорания, что повышает эффективность работы дизельного двигателя.
Для подтверждения данного предположения было дополнительно проведено исследование влияния присадки на работу стационарного бензинового двигателя УД-1, топливом для которого являлся чистый автомобильный бензин и автомобильный бензин с 10% дизельною топлива. Добавка дизельного топлива к бензину приводит к тому, что в камере сгорания двигателя при очень высокой температуре остается часть неиспарившеюся топлива. Для исследования состава отработавших газов нами было произведено определение содержания в них метана газохроматографическим методом. В результате исследований получены данные, приведенные в табл. 20.
